元胞自动机及其在图像处理中的应用

近年来,在计算理论、现代生命科学、人工生命、人工智能等几个不同领域的学科出现的新进展都不约而同的显示了"计算"的重要性,而元胞自动机理论的研究是理解计算主义观点的一个枢纽.元胞自动机的核心特征是同质性、并行性、局部性,自从其理论提出之后,在应用领域得到了长足的发展,其范围涉及社会学、生物学、生态学、信息科学、计算机科学、数学、物理学、化学、地理、环境、军事学等.介绍了元胞自动机的基本概念、发展过程和研究进展,首次探讨了它在图像处理领域的应用现状,展望了下一步的研究方向.     

基于元胞自动机的红外图像边缘检测新方法

元胞自动机是一种新的快速、有效的实现各种图像处理算法的理论工具,其核心是状态转移函数的确定.针对红外图像边缘检测,研究并实现了三种状态转移函数:最大最小值法、阈值法和形态梯度法.和传统边缘检测方法的对比实验表明,基于元胞自动机的边缘检测方法整体上不仅检测效果好,且可实时实现.     

基于元胞自动机的图像边缘检测新方法

具有自组织性并行行为的元胞自动机模型已逐步应用于图像处理领域。在已有的基于元胞自动机的图像处理算法基础上,结合元胞自动机和图像边缘的种种特征,提出了一种新的适用于图像边缘检测的元胞自动机模型。实验证明,新模型更加有效地勾勒出图像细节边缘。同时,该模型也适用于高分辨率遥感图像中小目标的边缘检测和提取。     

基于元胞自动机的红外弱小目标图像分割

针对红外成像制导中弱小日标图像分割,提出了基于元胞自动机的自动分割方法.首先使用元胞自动机增强图像的对比度,状态转移函数采用了冯.诺伊曼邻域和一致的演化规则,然后采用边缘双阈值策略二值化图像,最后标记形成目标块,并依据种子点和目标复杂度进行滤波,得到精确的图像分割结果.在实拍的3幅不同类型的红外图像上进行分割实验,其结果表明:提出的方法均能够有效地分割出多个弱小目标区域,有利于下一步的目标识别和跟踪.     

元胞自动机在两类传染病模型中的应用

文章根据新冠病毒传染的特性,建立SEIR病毒传播模型,将环境中的个体看为Agent智能体,利用元胞自动机的特点制定规则进行仿真模拟。根据两种不同的环境讨论了元胞自动机在各自环境中的基础运用,同时结合病毒的不同传播特点、防疫的不同措施讨论了疫情扩散的具体程度,变相证明了客观事实,验证了元胞自动机的可靠真实性,为防疫决策提供相应依据。     

元胞自动机在图像高密度椒盐噪声去噪中的应用

为了提高对高密度椒盐噪声的滤波效果,针对图像椒盐噪声的特点,本文提出了一种基于元胞自动机的去噪算法。元胞自动机最核心的是状态转移函数,本算法采用Moore邻域的形式设计了一种新的状态转移函数。我们把这种算法对图像处理的结果和经典的中值滤波等处理的结果的图像和它们的PSNR值进行比较,结果表明本文提出的算法对椒盐噪声,尤其对高密度椒盐噪声的滤波,在视觉和客观指标上都有更好的去噪效果。     

基于移动元胞自动机的网络舆情传播模型

为了准确刻画网络舆情的变化规律,针对经典元胞自动机存在的不足,考虑网络舆情主体的可移动因素,提出一种基于移动元胞自动机的网络舆情传播模型。首先对经典元胞自动机的工作原理进行分析,提出移动元胞自动机模型,然后根据网络舆情的特点,制定网络舆情主体状态转换规则和移动规则,建立移动元胞自动机的网络舆情传播模型,最后采用Matlab 2011对网络舆情演化过程进行仿真分析。仿真结果表明,舆情主体移动概率对网络舆情传播速度和同质化率影响比较大,移动元胞自动机模型可以很好地描述网络舆情的实际传播过程。     

网络流量行为分析的一维元胞自动机模型

提出了一种网络流量的一维元胞自动机模型。制定了节点吞吐量和分组队列长度的更新规则,引入了减速概率来模拟节点发送分组的随机行为。数值仿真结果表明,该模型能较好的描述了网络中从自由流相到拥塞相的相变行为。     

基于元胞自动机理论的硅各向异性腐蚀模型

根据硅各向异性腐蚀在微观尺度下的特点,基于元胞自动机理论提出了新的腐蚀模拟模型.该模型考虑了腐蚀过程中硅不同晶面的晶体结构特点,并通过引入碰撞理论,综合反映了腐蚀温度和浓度对腐蚀的影响作用.该模型可快速准确地模拟分析各向异性腐蚀工艺过程,对优化工艺有着理论指导作用.     

基于元胞自动机模型的交通规则仿真研究

本文围绕多车道交通规则及其通行性能问题,利用元胞自动机理论,建立了多车道交通流元胞自动机模型,在计算机上进行了模拟仿真,从空间、时间和状态等特征上模拟了各车辆的行驶情况,获得了不同超车规则、最高限速和最低限速对应的交通流各种特性,包括车辆平均速度、道路交通流量、车辆换道超车频率、道路占用率、道路利用率等指标,评价了不同交通规则的实际效果,为优化交通规则,改善道路通行能力,提高道路资源利用效率提供了可行方法。     

一种基于二维细胞自动机的秘密图像共享方案

基于二维细胞自动机提出了一种新的秘密图像共享方案,该方案把秘密图像作为细胞自动机的一个初始配置,通过利用二维n阶可逆存贮细胞自动机进行分解成n为份的影子图像,再利用其逆细胞自动机进行反向迭代来重构所共享的秘密图像.分析表明,该方案实现简单,在计算上是安全的,并且是一个完备的(n,n)方案.     

一种用于图像二值化的细胞神经网络模型

本文提出了一种用于图像二值化的神经网络模型，它们称它为数字式细胞神经网络。它基于蔡少堂等提出的细胞神经网络概念，但采用了神经元离散时间的数字动力学技术，利用这个模型，只要通过简单的整数运算就可以并行高速地对灰度图像进行二值化，对于不同邻接和权值的选择得到了比传统二值化方法更自然的二值图像。另外，所提出的神经网络模型非常适合于数字ＶＬＳＩ实现。     

用于光刻胶刻蚀过程模拟的二维动态CA模型

针对光刻工艺模拟,首次建立了光刻胶刻蚀过程模拟的2-D动态元胞自动机(CA)模型,通过制定规则来确定模拟过程中不断更新的表面元胞,使得模拟只需要计算表面元胞的刻蚀过程.模型既有稳定性好的优点,又有运算速度快的优点.采用一些公认的光刻速率分布测试函数非常有效地模拟了光刻过程,模型在刻蚀速率变化非常大的区域也非常稳定.     

基于DNA和元胞自动机的新型图像加密算法

针对现有图像加密算法密钥空间不足、鲁棒性较差的问题,在传统混沌加密基础上,文中设计了一种新的图像加密算法。该算法使用SHA256函数计算明文得到系统初值和密钥并省去了置乱环节,采用对明文和元胞自动机分组交错扩散的方式进行图像加密。通过对相关安全指标计算和分析发现,密钥空间达到2 ³²⁰以上,可以抵御30%的剪切攻击和各种类型的噪声攻击,表明该算法具有较好的安全性和鲁棒性。     

二维量子细胞神经网络及其图像处理应用

以量子细胞自动机为神经元,以量子细胞自动机的极化率和量子相位为状态变量,提出了一种二维多层的量子细胞神经网络结构;以量子细胞自动机的极化率为像素值,通过选择不同的模板,使得量子细胞神经网络实现水平线和垂直线检测以及图像去噪等功能,仿真结果显示其在图像处理上的有效性。与传统的CNN相比,量子细胞神经网络易于超大规模实现且具有超低功耗、超高集成度等优点。     

硅各向异性腐蚀的原子级模拟

应用原子级模型中的随机CA算法，针对硅材料和具体的工艺特点，构造了相应的函数，并在此基础上编制了应用软件——SSAE．该软件可独立运行，能够模拟出硅在KOH中不同腐蚀条件下腐蚀的过程和结果，并且克服了其他采用原子级模型的模拟软件中常出现的边界模糊等缺点．该结果与其他软件和实验结果相比，较为一致，并且该软件具有占用系统资源少、运行时间快等优点，具有一定的实用价值．     

考虑高指数晶面的体硅腐蚀模拟新CA模型

针对目前体硅腐蚀(硅各向异性腐蚀)的3D CA模型无法引入(211),(311),(331),(411)等较多高密勒指数晶面,模拟精度不高的问题,建立了一种高精度的体硅腐蚀模拟的新3D连续CA(元胞自动机)模型.模型可以有效引入(211),(311),(331),(411)等高密勒指数晶面,提高模拟精度.模拟结果与实验结果一致,证明了模型的模拟效果,对体硅腐蚀模拟研究和提高MEMS设计水平具有一定的实用意义.     

考虑高指数晶面的体硅腐蚀模拟新CA模型

针对目前体硅腐蚀(硅各向异性腐蚀)的3D CA模型无法引入(211),(311),(331),(411)等较多高密勒指数晶面,模拟精度不高的问题,建立了一种高精度的体硅腐蚀模拟的新3D连续CA(元胞自动机)模型.模型可以有效引入(211),(311),(331),(411)等高密勒指数晶面,提高模拟精度.模拟结果与实验结果一致,证明了模型的模拟效果,对体硅腐蚀模拟研究和提高MEMS设计水平具有一定的实用意义.